Файл: Ситковский, И. П. Полимерные материалы на зарубежных железных дорогах.pdf

ния ее динамических характеристик в диапазоне скоростей движения1 поездов до 160 км/ч. Такие изоляторы в основном используются для разделения участков контактной сети переменного тока напряжением 25 кв, питающихся от различных фаз или разных подстанций.

Используемые для этой цели нейтральные вставки образуются дву­ мя новыми секционными изоляторами, расположенными на расстоянии около 4,6 м друг от друга. Отрезок контактной сети между ними зазем­ ляется. Нейтральную вставку можно монтировать на стандартной консольной опоре без дополнительного ее усиления.

Нейтральная вставка старого типа длиной 36 м имеет сложнуюконструкцию. Она требовала устройства дорогих фидерных перемычек и мачтовых выключателей для подачи на нее напряжения в том случае,, когда под ней оказывается токосъемник локомотива. В результате применения нейтральных вставок с новыми секционными изоляторами Британские железные дороги, например, получили на южной части магистрали переменного тока Лондон — Манчестер — Ливерпуль, зна­ чительную экономию капиталовложений. Длительные испытания опыт­ ных образцов секционных изоляторов в неблагоприятных климати­ ческих условиях на участках с высокими скоростями движения и ин­ тенсивной смешанной тягой (электровозы, паровозы, тепловозы) по­ казали их долговечность.

Стеклопластиковые изоляторы впервые были применены в 1955 г. на электрифицированных участках постоянного тока с напряжением 1500 в в Австралии. Испытания таких изоляторов в Англии на контакт­ ной сети с напряжением 25 кв в условиях влажной и загрязненной ат­ мосферы показали, что из-за возникновения поверхностной утечки тока, они быстро снижают электроизоляционные свойства. В связи с этим для защиты стержней из стеклопластика на них были установлены втулки из политетрафторэтилена с уплотнением по концам. Чтобы внутрь не проникла влага, кольцеобразные пространства между стержнем и втулками заполнялись густой силиконовой пастой. Вес таких изоляторов из стеклопластика составил 0,9 кг, тогда как вес эквивалентного фарфорового изолятора равен 15,9 кг. Использованиеболее легких изоляторов из стеклопластика значительно улучшило условия взаимодействия лыж токосъемников электроподвижного соста­ ва и контактной сети, особенно при высоких скоростях движения. Эти изоляторы были применены для подвески проводов контактной сети, а также временно в качестве изолирующих элементов секционных изоляторов и в нейтральных вставках.

Однако втулки из политетрафторэтилена быстро изнашивались под воздействием лыж токосъемников, поэтому в секционных изолято­ рах и в изоляторах нейтральных вставок их приходилось защищать полозами тоже из стеклопластика. Дальнейшее усовершенствование изоляторов заключалось в установке на стеклопластиковых стержнях керамических втулок. Такие секционные изоляторы не нуждались в по­ лозах в связи с высокой износостойкостью керамических втулок, не истирающихся от непосредственного контакта с лыжами токосъемни­ ков. В этих секционных изоляторах цилиндрические керамические втулки размещаются симметрично на стержне из стеклопластика по

2і т

всей его длине и закрепляются при помощи промежуточных гильз из фторопласта. Последние одновременно предотвращают образование непрерывного угольного следа от трения лыж токосъемника, по которо­ му стекает ток. Втулки и гильзы подвергаются предварительному про­ дольному сжатию, чтобы стержень из стеклопластика, врезанный в контактный провод, испытывал небольшое усилие на растяжение.

Зазоры между втулками, стержнем и гильзами в процессе изготов­ ления изолятора заполняются под вакуумом кремниево-резиновой пастой, которая защищает стеклопластиковый стержень и внутреннюю поверхность втулок и гильз от влаги и образует эластичную прокладку, обеспечивающую равномерное распределение механических напряже­ ний в стержне при проходе пантографа. Специальные, предварительно сжатые концевые зажимы служат для того, чтобы натяжение контакт­ ного провода передавалось в осевом направлении. Кроме того, в кон­ струкцию секционного изолятора введены элементы, противодейст­ вующие скручиванию стеклопластикового стержня.

В местах соединения секционного изолятора с контактным про­ водом для плавного перехода лыж токосъемников с одного провода на другой и защиты концевых зажимов от износа предусмотрены регули­ руемые направляющие. Они являются одновременно частью дугоза­ щитного устройства, предохраняющего контактный провод от под­ горания в случае возникновения мощной дуги. В условиях нор­ мальной эксплуатации возникновение такой дуги исключено благо­ даря автоматическому отключению электровоза до прохода вставки.

На Британских железных дорогах участки контактной сети пере­ менного тока с напряжением 25 кв и частотой 50 гц, подсоединенные к различным фазам питающей энергосистемы, имеют длину 30—50 км. На границах участков располагают нейтральные вставки и посты сек­ ционирования, позволяющие при необходимости соединить контакт­ ную сеть обоих участков. Первоначально на контактной сети перемен­ ного тока нейтральные вставки составлялись из трех нейтральных •секций контактной сети общей длиной 36 м. Для этого требовалось четыре секционных изолятора. Значительный вес фарфоровых сек­ ционных изоляторов вынуждал ограничить скорость прохождения ло­ комотивом такой нейтральной вставки. Для получения динамических характеристик контактной подвески, обеспечивающих реализацию ■скоростей до 160 км/ч, были выполнены нейтральные вставки с пере­ ходными пролетами общей длиной 82 ж. Нейтральные вставки такой длины для исключения возможной остановки под ними поезда требовали тщательного выбора места их размещения с учетом подъ­ емов и расположения сигналов. Использование же легких секционных изоляторов из пластмасс с керамическими втулками позволило уменьшить длину нейтральной вставки до 4,6 ж ]2].

Подобные изоляторы из стержней стеклопластика, защищенных керамическими втулками, используются на Британских железных дорогах и для подвески контактного провода. Их широко применяют для натяжения подвески контактного провода на мостах и в тоннелях.

На электрифицированной линии в районе Глазго, проходящей, по морскому побережью, в течение ряда лет успешно эксплуатируются

218

стеклопластиковые изоляторы с фторопластовыми втулками. В этих условиях эксплуатации в атмосфере, насыщенной морскими солями, фарфоровые изоляторы из-за частых перекрытий не обеспечивали нор­ мальную работу линии.

Первая электрифицированная линия Пакистана (Лихар — Кхапеван) протяженностью около 300 км тоже оборудована контактной сетью с секционными изоляторами и нейтральными вставками изпластмасс описанного типа [33.

Значительные работы в области исследования и подбора пластмасс для изоляторов контактной сети, начиная с 1954 г., проводятся воФранции. Результаты изысканий показывают, что для этих целей ря­ дом преимуществ обладают пластики на основе эпоксидных смол. Имен­ но они рассматриваются как перспективные материалы для изолято­ ров, эксплуатирующихся под высоким напряжением в условиях за­ грязненной пылью и парами кислот атмосферы.

Получен положительный опыт использования стеклопластиковых изоляторов в контактной сети на участке Броте — Гравоншон. Опоры контактной сети на этом участке оборудованы консолями, имеющими оттяжки и фиксаторы, выполненные из стеклопластика на основе эпок­ сидной смолы. Некоторые опоры оснащены изоляторами из стекло­ пластика с защитным покрытием из политетрафторэтилена вместо изоляторов из фарфора или стекла [4]. Положительные результаты^ получены и на испытаниях в контактной сети Бельгийских и Нидер­ ландских железных дорог опытных изоляторов из политетрафтор­ этилена вместо фарфора. Установлено, что фторопластовые изоляторы сопротивляются разрушающему действию электрической дуги лучше, чем фарфоровые [5].

Многолетние исследования проведены и железными дорогами Поль­ ской Народной Республики. Цель работы в основном заключалась в поиске для изоляторов оптимальных составов пластиков на основе эпоксидных и полиэфирных смол. Исследовались также и их моди­ фикации с различными защитными покрытиями изоляторов в целях замедления «старения» материала и повышения электроизоляцион­ ных свойств изоляторов. Основным препятствием для применения пластмассовых изоляторов без защитных покрытий, работающих в ус­ ловиях эксплуатации контактной сети, является склонность боль­ шинства синтетических смол к образованию на поверхности изоля­ торов токопроводящих дорожек вследствие выделения свободного' углерода. Зтого недостатка не лишены и обычные эпоксидные смолы. Наиболее пригодными для этих целей оказались циклоалифатические эпоксидные смолы. Они обладают большей сопротивляемостью воз­ действию высоких температур и ультрафиолетовых лучей. Повыше­ ние электросопротивляемости связующего полимера в составе мате­ риала изолятора достигается добавлением в него реагентов, способ­ ных окислять свободный углерод, который выделяется под влиянием' высокой температуры, или свободных электронов токов утечки вследствие искрения или микроразрядов электрической дуги. Процесс окисления, вызывая образование неэлектропроводных газообразных летучих углеводородов и окиси углерода, исключает возможность

219

появления на поверхности полимерного изолятора свободного угле­ рода, а следовательно, и возникновения токопроводящих дорожек — треков. Наиболее эффективным является добавление в этих целях в со­ став пластика гидрата окиси алюминия. Возникновению токопроводя­ щих дорожек на полимерном изоляторе, снижающих его электроизо­ ляционные свойства, препятствуют, хотя и в меньшей степени, так­ же и минеральные наполнители, такие, как слюда, кремнезем и др. Однако последние, улучшая электроизоляционные характеристики, могут ухудшить его прочность.

Другой возможностью исключения искро-и трекообразования является создание защитных покрытий — «рубашек» из неполярных материалов, стойких к высоким температурам и обладающих высокой износостойкостью. К таким материалам относятся кремнийорганическне смолы, политетрафторэтилен и керамика. Последняя приме­ няется в качестве защитной оболочки стеклопластиковых секционных изоляторов в контактной сети Английских железных дорог.

Несмотря на некоторое снижение механической прочности стекло­ пластиков введением в их связующую основу окислителей Итальян­ ским железным дорогам удалось создать хорошие изоляторы, обла­ дающие достаточно высокой трекингостойкостью [6]. На линии Ге­ н у я — Турин — Моданс, начиная с 1962 г., эксплуатируется более 2Ö тыс. подвесок типа «МЕС», в которых тяга наклонной консоли изо­ лирована от мачты стеклопластиковыми изоляторами (рис. 140). Под­ веска контактного провода в тоннелях на этой же линии и на линии Генуя — Вентимилья выполнена также с использованием стекло­ пластиковых изоляторов в виде горизонтальных держателей и тяг многоугольных опор. Те и другие изоляторы выполнены из стекло­ пластика на основе эпоксидных и полиэфирных смол с добавлением окислителей. Электроизоляционные свойства этих изоляторов со вре­ менем несколько ухудшаются из-за постепенного снижения их трекин­ гостойкости, приводящего к образованию токопроводящих следов. Несмотря на это, эксплуатация их дала хорошие результаты, хотя и потребовала тщательного наблюдения для своевременной замены изоляторов с обнаруженными дефектами (рис. 141). Срок службы их составлял примерно 10 лет. Это привело к поискам более трекингостойких материалов для покрытия ими стержней изоляторов, воспри­ нимающих механическую нагрузку и выполненных из стеклопластика. Дальнейшие разработки позволили применить для этих целей поли­ тетрафторэтилен (ПТФЭ). Сравнительные характеристики стекло­ пластика, воспринимающего в конструкции изолятора механические нагрузки и ПТФЭ, защищающего изолятор от поверхностных элек­ трических повреждений, подтверждают целесообразность создания комбинированных изоляторов из этих пластмасс (табл. 12).

Сочетание ПТФЭ, обладающего высоким поверхностным и объем­ ным электросопротивлением, высокой электрической прочностью, сопротивлением поверхностной электрической дуге со стеклопласти­ ком, обладающим хорошими механическими свойствами, позволило создать хороший комбинированный изолятор. Изоляторы такого типа получили название — изофлон (рис. 142).

220